Lab 1 Amplificador Diferencial (1)

Circuitos Electrónicos II

EL AMPLIFICADOR DIFERENCIAL

I.- OBJETIVOS

Verificar el comportamiento de un amplificador Diferencial calculando los valoresTeóricos y luego verificándolos con los datos medidos.Experimentar con circuitos de aplicación en la determinación de fallas.

II.- FUNDAMENTO TEORICO

El Amplificador Diferencial

El amplificador diferencial es la etapa de entrada característica de un amplificador operacional y son polarizados por corriente continua. No tiene capacitores de acoplamiento ni de paso, lo que implica que está directamente acoplado. Por esto, puedeamplificar cualquier frecuencia incluyendo la señal de DC, que es equivalente a una señal de frecuencia cero.

La corriente de de la fuente de corriente continua de emisor IE en un amplificador diferencial se divide exactamente entre los transistores cuando estos son idénticos y elcircuito es simétrico.

Características de las dos entradas

Cuando los dos transistores de un amplificador diferencial no son idénticos, las doscorrientes de base son diferentes.

La corriente offset (desajuste) de la entrada se define como la diferencia entre las doscorrientes de base. Dicha diferencia es una indicación de cuanto difieren los valores deβCD. Cuando un amplificador diferencial es perfecto, la corriente de desajuste de entradaes cero.

I offset=|IB1−IB2|

La corriente bias (polarización) de la entrada se define como el promedio de las doscorrientes de base.

I bias=IB1+ IB22

Las hojas de datos especifican I offset e I bias .


Ganancia de Voltaje de un amplificador diferencial

A v=v0vd

Razón de Rechazo en Modo Común

CMRR= ρ=AvAMC

Este es un número grande ya que es igual a la ganancia de voltaje diferencial divididoentre la ganancia de voltaje en modo común. El valor indica la eficacia con que elamplificador operacional o el amplificador diferencial discriminan y bloquea una señalen modo común que se considera una señal indeseable.

II.- EQUIPO Y MATERIALES

Un generador de audioDos fuentes de voltaje de ±15 V o una fuente dual o de doble polaridad de ±15V10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5% detolerancia)Dos transistores 2N3904 (o equivalente)Un condensador de 0.47uF /25VUn VOM (Multímetro)Un OsciloscopioUn potenciómetro de 1KUn protoboardCables para conexión

III.- PROCEDIMIENTO

Corriente de polarización de emisor y de base

Realice los cálculos teóricos para determinar los valores de la corriente de polarizaciónde emisor. Note el par de resistencias reflectoras o de empantanamiento de (22 Ω) en laFig. 1, han sido incluidas en el experimento para proporcionar la unión entre lostransistores discretos. En el circuito de la Fig. 1 asumir que el hFE típico es 200. Calculeaproximadamente la corriente de emisor, anotándola en la Tabla 1, también calcule yanote la corriente de base de cada transistor.


Figura 1

Arme el circuito de la Fig. 1, mida y anote la corriente de polarización de la fuente decorriente continua de emisor.

Usando un VOM como amperímetro mida la corriente de base de cada transistor. Si elVOM utilizado no es lo suficiente sensible para medir corriente en microamperios,entonces use el Osciloscopio con la entrada en DC para medir el voltaje a través de cadaresistencia de base y calcule la corriente de base. Anote sus resultados en la tabla 1.

Corriente de desvió (Offset) y de polarización.

Con los datos calculados en la Tabla 1 calcular los valores de la corriente de desvío y lacorriente de polarización de entrada. Anote tus respuestas teóricas y experimentales enla Tabla 2.

Cálculos teóricos en el circuito anterior

En el primer transistor:

0=ib1 (4.7 )+V be1+ie1 (0.022 )+ie (1.5 )−Vcc

15−0.7=ie 1( 4.7201+ 221000 )+ie (1.5 )

14.3−ie (1.5 )0.0454

=ie1


Tenemos que :

ie=ie1+ie 2; ie1= ie 2

Obtenemos:

ie1=ie2=4.69mA

ib1=ie 1β+1

; β=200

ib1=0.023mA

Entonces

ie=9.38mA

Voltaje de desvio(offset) de salida

En la fig. 2 asumir que la base de Q1 esta aterrizada mediante un alambre desviador(jumper) si ambos transistores son idénticos y todos los componentes tienen los valoresindicados entonces el voltaje DC de salida tendrá un valor de aproximadamente +7.85V.Para esta parte del experimento cualquier desviación de +7.85 es llamada voltaje dedesvío de salida y designado por V 0desvío


Figura 2

Arme el circuito de la Fig. 2 con la base de Q1 aterrizada mediante un alambredesviador. Mida el voltaje DC de salida, anotándolo en la Tabla 3. Así mismo calcule deforma teórica el voltaje de salida de desvío #_$%&_'( y anótelo en la tabla 3.Retire la aterrización de la base de Q1, ajuste el potenciómetro hasta que el voltaje desalida sea +7.85 V.Mida el voltaje de base de Q1 y anótelo en la tabla 3 como #__

Ganancia de Voltaje Diferencial

Mida los voltajes de entrada y salida, calcule y anote el valor experimental de A.



Calcule la ganancia diferencial en forma teórica y anótelo en la tabla 4· Arme el circuito, coloque el generador de audio en 1 KHz con un nivel de señalde 0.1Vpp· Mida los voltajes de entrada y de salida, calcule y anote el valor experimental de A.

Del circuito hallamos IE:

−15V + IB+V BE+22 IE+1.5K (2 IE )=0

Pero : IB=IEβ

I Eβ

(100 )+ IE (22 )+ IE (3K )=15V−V BE

IE=4.73mA

Luego:

re=26mvI E

=5.49Ω

Entonces :

Av=Rc

2(RE+re)= 1.5k2(22+5.49)

=27.27


Hallando la ganancia:

AV=RC

2(R¿¿B+re)=15K

2(22+5.49)=27.27 ¿

AV=27.27

ACM=RC2RE

= 1.5 K2 (1.5 )

ACM=0.5

Ganancia de voltaje en Modo Común

Calcule la ganancia de voltaje en Modo común ACM del circuito de la Fig. 3 y anótelaen la tabla 4

Ponga un alambre de unión entre las bases de su circuito ya construido de la Fig. 3Incremente el nivel de señal hasta que el voltaje de salida sea aproximadamente de 0.5

Mida el voltaje pico a pico de entrada; calcule con los datos obtenidos en su análisisteórico y la primera parte del presente párrafo el valor experimental de ACM, anote suvalor en la Tabla 4.

A v=27.27

ACM=RC2RE

= 1.5K2(1.5)

ACM=0.5

Razón de Rechazo en Modo Común

Calcule el valor teórico de CMRR, usando los datos calculados previamente de la Tabla4, anotando su valorUsando los datos experimentales de la Tabla 4, calcule el valor experimental de CMRRy regístrelo.

Determinación de Fallas

En esta parte del experimento, un cortocircuito colector-emisor significa que los tresterminales del transistor están en cortocircuito en conjunto; un circuito abierto colectoremisor


significa que el transistor ha sido retirado del circuito.En el circuito de la Fig. 3 estime el voltaje DC de salida para cada falla listada en laTabla 5Introduzca cada una de las fallas en el circuito, mida y anote los voltajes DC en la Tabla5

Diseño

Diseño:

Seleccione valores de resistencias para el circuito de la fig. 3 a fin de obtener una corriente de polarización de fuente de corriente continúa de emisor de 3mA y un voltaje DC de salida de 7.5V. Anote los valores de mayor cercanía a los estándares en la tabla 6

AsumimosRE=100Ω

Hallando RC:


RC=15V−7.5V1.5mA

=5K Ω

Hallando RE:

−15+ I B (100 )+V BE+22 IE+RE (2 IE )=0

I Eβ

(100 )+ IE (22 )+2 IE (RE )=15V−V BE

(2 I¿¿ E)RE=15V−0.7V−1.5mA200

(100 )−22(1.5mA )¿

RE=15V−0.7V−1.5mA

200(100 )−22(1.5mA )

2(1.5mA)

RE=4.755K Ω

Arme el circuito con los valores de su diseño. Mida la corriente de polarización deemisor y el voltaje DC de salida y anótelos.

DATOS:

TABLA 1 (CORRIENTE DE COLA Y DE BASE)

CALCULADO MEDIDOIT 939ma 9maIB1 23.45ma 15uaIB2 23.45mA 19.5ua


TABLA 2 (CORRIENTES DE DESVÍO DE ENTRADA Y DE POLARIZACIÓN)

IIO 0 3.5uaIIB 23.45ua 17.75ua

TABLA 3 (VOLTAJES DE DESVÍO DE ENTRADA Y DE SALIDA)

MEDIDOVI(DESVIO) 8.2VV0(DESVIO) 0.35V

TABLA 4 (GANANCIA DE VOLTAJE Y CMRR)

CALCULADO MEDIDOA 27.27 30ACM 0.49 11.2CMRR 55.65 2.67

TABLA 5 (DETERMINACIÓN DE FALLAS)

FALLA VO ESTIMADO VO EXPERIMENTALQ1 CE en corto 14V 14VQ1 CE abierto 1V 1.02V

Q2 CE en corto 0V 0.2VQ2 CE abierto 14V 15V

TABLA 6 (DISEÑO)

RE 4.7KRC 5KIT 3mA

VC2 7.5V

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